به نقل از ادونسد ساینس نیوز، بال‌های رباتیک به میدان‌های مغناطیسی متکی هستند تا بدون نیاز به قطعات الکترونیکی یا باتری‌های حجیم حرکت کنند و به تقلید از حرکت طبیعی پروانه‌ها بپردازند.

«محمد خان»(Muhammad Khan)، پژوهشگر «دانشگاه فنی دارمشتات»(TU Darmstadt) در آلمان گفت: توانایی‌های قابل توجه «پروانه‌های مونارک»(Monarch butterflies) در مهاجرت و ساختارهای بسیار کارآمد و سازگار بال آنها الهام‌بخش طراحی ما بود.

پروانه‌های مونارک به خاطر استقامت چشمگیر خود معروف هستند. آنها سالانه هزاران کیلومتر را می‌پیمایند و در پاییز از کانادا به مکزیک مهاجرت می‌کنند تا دوباره در بهار به شمال بازگردند. این کار به لطف ساختار طبیعی بال‌های آنها امکان‌پذیر است که آنها را به موجوداتی سبک وزن، انعطاف‌پذیر و عالی در پرواز تبدیل می‌کند. این همان ترکیب منحصربه‌فردی است که پژوهشگران دانشگاه فنی دارمشتات می‌خواستند در طراحی ربات‌های خود تقلید کنند. این طراحی می‌تواند دانشمندان را قادر سازد تا ربات‌های پرنده بسیار کوچک‌تری بسازند که با دقت بیشتری حرکت کنند و به فضاهای باریک دسترسی داشته باشند و در عین حال، انرژی مورد نیاز خود را پایین نگه دارند.

خان گفت: از پروانه‌های مغناطیسی می‌توان برای عملیات نظارت بر محیط زیست مانند مطالعه گرده‌افشانی یا به عنوان تجهیزات آموزشی استفاده کرد. طراحی سبک‌وزن و کم‌مصرف ربات‌ها، آنها را به گزینه‌های امیدوارکننده‌ای برای وسایل نقلیه هوایی کوچک تبدیل می‌کند که در ماموریت‌های جستجو و نجات استفاده می‌شوند.

به رغم اندازه کوچک بال‌های پروانه مونارک، طراحی طبیعی آنها بسیار پیچیده است، زیرا تکامل یافته‌اند تا در سفرهای بسیار طولانی مقاومت کنند. یکی از اصول اساسی کارآیی این بال‌ها در طول پرواز این است که آنها نه تنها با حرکت فعال خود نیروی رانش را ایجاد می‌کنند، بلکه توانایی خم کردن به آنها امکان می‌دهد تا بدون صرف انرژی اضافی به پرواز درآیند.

برای تقلید از این ویژگی، پژوهشگران به سرپرستی «اولیور گوتفلیش»(Oliver Gutfleisch) از دانشگاه فنی دارمشتات و «دنیس ماکاروف»(Denys Makarov) از آزمایشگاه «HZDR» زیرمجموعه «انجمن هلمهولتسِ مراکز پژوهشی آلمان»(Helmholtz Association)، بال‌های رباتیک را با جاسازی ذرات مغناطیسی در یک ماده پلاستیکی انعطاف‌پذیر ابداع کردند.

«کیلیان شفر»(Kilian Schäfer) از پژوهشگران این پروژه گفت: بال‌ها از یک ماده کامپوزیت مغناطیسی ساخته شده‌اند که به میدان‌های مغناطیسی بیرونی پاسخ می‌دهد. هنگامی که یک میدان مغناطیسی اعمال می‌شود، ذرات مغناطیسی جاسازی‌شده به خم شدن یا تغییر شکل بال‌ها می‌انجامند و حرکت بال‌های پروانه واقعی را تقلید می‌کنند.

پژوهشگران با استفاده از فناوری چاپ سه‌بعدی، ۱۲ طرح گوناگون بال را در اندازه‌های متفاوت ایجاد کردند تا آنها را با کمک ترکیبی از آزمایش‌های تجربی و شبیه‌سازی‌های رایانه‌ای مورد بررسی قرار دهند. در برخی از طرح‌ها، الگوهای رگه‌ای نیز بازسازی شد که از الگوهای موجود در بال‌های پروانه مونارک تقلید می‌کردند تا نشان دهند که آیا این ساختارها می‌توانند عملکرد خود را بهبود ببخشند یا خیر.

پژوهشگران دریافتند که بال‌های بزرگ‌تر -حدود ۲۸ میلی‌متر طول- دارای الگوهای رگه‌ای، سفت‌تر هستند و راحت‌تر خم می‌شوند و این به آنها کمک می‌کند تا شکل خود را در طول پرواز بهتر تطبیق دهند. همچنین، دانشمندان در آزمایش‌های خود دریافتند بال‌هایی که به کمک تنظیمات لیزری با انرژی بالاتر به صورت سه‌بعدی چاپ شده‌اند، نازک‌تر و در خم شدن بهتر هستند. با وجود این، بال‌ها شکننده‌تر و مستعد آسیب بودند.

شفر گفت: بزرگ‌ترین چالش، ساخت سازه‌های نازک و انعطاف‌پذیر با الگوهای رگه‌ای بود که با وجود ضخامت کمتر از یک میلی‌متر همچنان کاربردی بودند. اطمینان از دست‌نخورده ماندن این ویژگی‌ها نیازمند تنظیم دقیق فرآیند چاپ سه‌بعدی به ویژه تنظیمات انرژی لیزر برای دستیابی به خواص مکانیکی مورد نظر بود.

طراحی منحصربه‌فرد ربات‌های مغناطیسی باعث می‌شود که بدون هیچ گونه قطعه الکترونیکی کار کنند و کوچک و سبک بمانند. خان گفت: در مقایسه با طرح‌های ربات پرنده سنتی، رویکرد ما ویژگی‌هایی را مانند انعطاف‌پذیری، کاهش وزن و توانایی دستیابی به حرکات پیچیده و طبیعی بال ارائه می‌دهد.

این پژوهش در مجله «Advanced Intelligent Systems» به چاپ رسید.